Exemple d’exécution d’un dessin de définition (pointe tournante)

Chapitre II : Notions fondamentales sur la construction

II. 5 Mode de représentation des dessins

II.5.1 Exemple d’exécution d’un dessin de définition (pointe tournante)

L’écriture droite doit être utilisée de préférence. Exceptionnellement l’écriture penchée inclinée de 15° vers la droite est admise.

Une échelle destiné à réduire ou multiplier les dimensions dessinée sur les dimensions réelles du produit.

Utiliser autant que possible l’echelle 1, à défaut limiter le choix aux échelles suivantes :

• Réduction : 0,5 ; 0,4 ; 0,2 ; 0,1 ; 0,05 etc

• Agrandissement : 2 ; 2,5 ; 5 ; 10 ; 20 ; 25 ; 50 etc.

• Indiquer toujours l’échelle dans le cartouche.

II.5.1 Exemple d’exécution d’un dessin de définition (pointe tournante) :

Le format A4 sens vertical, rempli d’un cartouche des informations nécessaires ainsi que la nomenclature détaillée des éléments constituant le mécanisme sont obligatoire dans

l’exécution d’un dessin de définition. Ces informations se complimentent pour la compréhension du dessin (Fig II.18).

Fig II.18 exécution d’un dessin de définition.

II.5.2 Représentation du dessin en perspective

Dans la suite, on donne un dessin de montage en perspective axonométrique précisément isométrique avec les paramètres suivants (Fig II.19) :

α =β = γ = 120° ; K1 = K2 =K3 = 0,82 Ellipse grand axe = ϕ petit axe ϕ x 0,58

Il s’agit d’un dessin nommé parfois dessin éclaté.

Fig II.19 dessin de montage (dessin éclaté).

II.5.3 Représentation schématique en dessin

Pour représenter un dispositif quelconque en dessin industriel, on doit connaître les différents schémas utilisés en construction mécanique.

1. Schéma cinématique minimal (ou schéma de principe) : il exprime la fonction globale et [ou] les fonctions principales de l’objet technique sans préjuger des

solutions technologiques retenues (Fig II.20). La position relative des liaisons peut être modifiée. Ils s’emploi pour une étude cinématique. Les pièces ayant même classe d’équivalence cinématique sont représentées par le même trait (pièces sans mouvement relatif).

Fig II.20 Schéma cinématique minimal du Taille Haie précédent.

2. Schéma de distribution des liaisons (ou schéma d’architecture) : Il définit l’ensemble des liaisons du mécanisme dans leur position relative (Fig II.21). Il est nécessaire pour déterminer les actions mécaniques transmises au niveau des liaisons. Il s’emploie pour une étude dynamique. Les pièces ayant même classe d’équivalence cinématique ne sont pas dissociées.

Fig II.21 Schéma de distribution des liaisons du Taille Haie précédent.

3. Schéma technologique : Il montre comment est envisagée la construction. Il permet de comparer plusieurs solutions technologiques (Fig II.22). Il s’emploie pour une étude technologique. Les liaisons complètent apparaissent.

Fig II.22 Schéma technologique

II.6 Notions fondamentales de la planification : II.6.1 Analyse de la valeur AV :

Cahier des charges fonctionnel CdCF

Produit---Productivité---Production.

Les principales étapes de création d’un produit sont :

Saisie du besoin Pré developpement Développement Des outils plus spécifiques à la phase de pré-développement proposés. Page démarche Guide de choix Indice de prix Fiche de calcul données Progiciel.

II.6.2 Démarche générale de constitution du CdCF : Réalisé par le demandeur-spécifier, il a pour but principal après les travaux du concepteur-réalisateur, la proposition de produit la plus apte à répondre au besoin initial. Il exprime des exigences de résultat et rarement des exigences de moyen. Il sert au demandeur à exprimer le besoin, il favorise le dialogue

entre les partenaires. Il contribue également à clarifier et à formaliser les responsabilités relatives du demandeur-spécifier et du concepteur.

II.6.3 contenu du cahier des charges suivant NF X50. 151 :

1 Présentation -Le produit et son marché : concept général Générale du problème -Situation du projet dans un programme

-Enoncé du besoin pour finaliser futur produit -Environnement du produit recherché (contraintes) 2. Expression fonctionne- -Résultats d’une analyse fonctionnelle. Elle fait –elle du besoin apparaitre :

La démarche d’analyse de la valeur s’applique si possible à la création d’un nouveau produit, dès la saisie du besoin et jusqu’à l’industrialisation du produit et quelques fois jusqu’à sa mise en service. Elle peut également s’appliquer sur un produit déjà industrialisé dans le but d’une remise en cause, d’une préconception et d’un nouveau développement.

II.6.5 Organisation d’une action d’analyse de la valeur :

C’est une méthode de travail organisé autour du groupe et de l’analyse fonctionnelle. Les principaux partenaires sont :

-Le décideur : c’est la personne mandatée pour prendre les décisions relatives à l’action entreprise.

-L’animateur : il joue un rôle fondamental, responsable devant le décideur, anime le groupe de travail et effectue un travail de synthèse.

-Le groupe : inclus des personnes utiles à l’étude et aussi à la réalisation du projet. Il comprend les représentants d’étude, méthode, fabrication,

commercial, qualité, achats. Pour raison d’efficacité, il est limité à 10 personnes.

II.6.5 Déroulement de l’action principales phases : NFX50- 152-153 Données : Cahier des charges d’un produit à créer

1. Orientation de l’étude :

3. Analyse des fonctions et s’il n’existe pas le groupe élabore un : - Repose sur l’analyse du CdCF et sa validation des couts ; - Conception d’un nouveau produit ;

- Reconception d’un produit existant.

4. Recherches d’idées et voies solution :

- Effectuée fonction par fonction en évitant de toute censure (refouler).

- C’est la technique de créativité.

5. Etude et évaluation des solutions :

- Construction des solutions de liaison fonctions de

service/fonctions techniqueévaluationsélection

Chapitre III. Introduction au calcul des éléments machines III.1 Choix des matériaux :

III.1.1 Démarche technico-économique de choix :

Dans le cas général, le choix du matériau d’une pièce et le choix de son mise en ouvre comportent les étapes principales suivantes :

Au bureau d’etude :

-Analyse du besoin, élaboration du cahier de charge technico-économique.

-Traduction des exigences d’emploi en caractéristiques permettant de procéder à des choix ;

-Choix d’une famille de matériaux et des procédés de mise en œuvre ; -Etude d’avant-projet de pièces.

Au bureau de méthodes :

(méthodes usinage – méthodes mise en œuvre(forme) ;

-

Analyse des avants projets, recherche des couples matière/traitements

. A l’atelier :

Usinage, fonderie : réalisation de prototypes, d’une présérie…

Au bureau d’étude :- Bilan, choix, projet de définition définitifs.

Dans le cahier de charge, on étudie :

1- Les fonctions principales de la pièce dans l’ensemble : Bâti, Pièces de liaison, pièces de transmission d’effort…

2- Les sollicitations mécaniques auxquelles est soumises la pièce en statique : traction, compression ; en dynamique : chocs, fatigue.

3- Les sollicitations physico-chimiques : environnement, frottement étanchéité ; conditions particulières (dilatation, conductivité…).

4- Les contraintes de géométrie et de masse : dimensions, poids, qualité de surfaces, tolérances de positions.

5- Le contexte technico-économique : le nombre de mécanisme prévu (série), le nombre de séries-délai-sous traitance…

Des contraintes particulière : esthétique, le dessin, maintenance.

A travers cela, on détermine la pièce et son matériau ;

III.1.2 Choix d’un matériau en fonction des sollicitations :

*

Cas du choix d’un acier : organigramme simplifié

Répartie une résist à cœur suiv la T et pour une résist

III.2.1 Propriétés des matériaux utilisés en Construction Mécanique :

1. Tenacité : C’est la résistance aux efforts appliqués (déformation et rupture).

2. Elasticité : c’est l’aptitude d’un matériau à revenir à sa forme initiale après l’enlèvement de l’effort qui lui appliqué.

3. La résilience : c’est la résistance à la rupture et aux chocs.

4. Endurance : c’est la résistance aux efforts répétés. Elle est caractérisée par la limite à la fatigue ou par la durée de vie.

5. Ductilité : C’est la capacité des matériaux à la déformation avant la rupture. Elle est caractérisée par l’allongement A% par le coefficient de striction Z% et par la résilience pour les essais de chocs.

6. La résistance acoustique. 7. Etanchéité. 8. Corrosion. 9 Charge spécifique.

III.2.2 Caractéristiques mécaniques des matériaux

1. Résistance à la traction R_m=σ _m: Unité normalisé Mpa [N/mm²] ; c’est la résistance d’une section donnée à un effort maximal de traction. R=F/S

2. Résistance limite conventionnelle d’élasticité 0.1% ou 0.2% : Rp0.1 ou Rp0.2 3.Limite apparente d’élasticité Re : Dans la courbe de traction.

4. Allongement % après rupture A unité % : on trouve les formules : σ_e=Re=F/S ; σ_p=Fp /S ; ε=(L-Lo)/Lo; A%=(L-Lo) 100 /lo; E= σ_m/ε.

5..Dureté Brinell HB: HB=F/S [daN/mm²]; avec S=πD/2 (D-√D²-d²); avec D=1, 2.5, 5, 10 mm²; F=30D².

Duerté Rockwel HR_B ou HRc ; e=e1-e0 ; HRc=100-e ; HR_B=130-e.

Dureté Vickers Hv=F/S=1 ?854.4.F/d².

6.Résilience: Essai Charpy) K=W/S [J/cm²] ; avec W=P(H-h).

Exemple :

Acier de construction d’usage général rond de 100<Φ<350mm :

Nuance Qualité Re_min R A% Résilience mini daN/cm².

4 235 380 24 - 3.5 A50 2 255 470 19 - - A60 2 295 570 14 - -

III.3 Qualité de surface d’une pièce :

III.3.1 Rugosité : C’est la caractéristique de l’état de surface d’un matériau solide. Elle susceptible de recevoir plusieurs acceptation technique.

III.3.2 Principaux paramètres liés à la ligne moyenne :

Les paramètres sont définis sur une longueur d’évaluation(1) qui comportent ’n’ longueurs de base. Exemple cinq longueur de base l (Fig III.1).

Fig III.1 présentation des irrégularités d’une surface

III.4 Tolérance et Ajustement:

III.4.1 Tolérance :

Par suite de l’imprécision inévitable des procédés d’exécution, une peut être réalisée rigoureusement à une dimension fixée à l’avance. Pour quelle réponde à son but, il suffit qu’elle soit comprise entre deux limites admissibles dont la différence constitue la tolérance (Fig III.2).On trouve :

Dimension nominale : c’est la cote inscrite sur le dessin commune à l’arbre et à l’alésage.

Dimensions limités

:

maximale et minimale entre lesquelles doit se trouver la dimension effective.

Ecart : différence algébrique entre une dimension (effective, maximale ou minimale) et la dimension nominale correspondante.

III.4.2 Ajustement: résulte de la différence avant assemblage, entre les dimensions de deux pièces, destinées à être assemblées. On trouve :

Ajustement avec jeu : la zone de tolérance de l’alésage est entièrement au dessus de la zone de tolérance de l’arbre.

Ajustement avec serrage : La zone de tolérance de l’alésage est au dessous de celle de l’arbre (donc inversée).

Ajustement incertain : Tantôt jeu , tantôt serrage. C'est-à-dire ; on trouve signe opposé du maximale et minimale. Exemple Smax>0 et Smin<0 ou inversement

J_max>0 et J_min<0 ou inversement.

NB : Le calcul du serrage est :Smax = es-EI Smin =ei-ES Le calcul du jeu est : J_max =ES-ei J_min=EI-es.

Tolérance et ajustement

L’assemblage de deux pièces de mêmes dimensions nominales forme un ajustement. La pièce male appelée arbre symbole relatif minuscule a, la pièce femelle appelée alésage symbole relatif majuscule A. Par la suite, on attribue la chaine de cote implicite suivante :

A_M = D_n + Es ; A_m = Dn + Ei am = Dn + ei; aM = Dn + es.

Les équations 1 et 2 peuvent s’écrire:

J_M = Es – ei 1 ; J_m = Ei – es 2.

Es, es : Ecarts supérieurs de l’alésage et de l’arbre ; Ei, ei : Ecarts inférieurs de l’alésage et de l’arbre.

La tolérance est l’intervalle de tolérance IT = incertitude admise pour l’ensemble des dimensions d’une série de pièces.

ITA = ES – EI ; ITa = es - ei

Fig III.2 Tolérance et ajustement Qualité de tolérances

C’est la valeur chiffrée en « micron » de l’IT. Le système ISO prévoit pour l’ensemble des dimensions nominales de 1 à 500mm, treize paliers de tolérances. Chacun de ces paliers est divisé en dix-huit qualités repérées par les nombres de 01 à 16 (valeurs les plus employées de 5 à 11).

Position de tolérance

Par rapport à la dimension nominale la position de l’intervalle de tolérance est fixée par une lettre (parfois deux). Majuscule pour les alésages, minuscule pour les arbres (FigIII.3). Pour les positions particulières, on trouve :

Alésage normale est à H  Ei = 0 ; JS  ES = EI Arbre normale est à h  es = 0 ; js  es = ei

FigIII.3 Position relatif de IT

Ajustement

C’est la réunion d’un arbre et d’un alésage (Fig III.4). Afin de réduire les outillages (forets, alésoirs) ; on se borne à utiliser l’un des deux systèmes suivants :

1. Système à alésage normal (à utiliser de préférence). La position de l’IT de l’alésage est fixée par la lettre H (Ei = 0), on obtient le jeu ou le serrage en faisant varier la position de IT de l’arbre.

2. Système à arbre normal ; s’emploi dans le cas où l’arbre est « commercialisé », (roulements, barre ou tube étirés, etc.), livré avec une position de tolérance h (es= 0).

On réalise l’ajustement souhaité en faisant varier la position de l’IT de l’alésage.

Fig III.4 Présentation d’un ajustement

III.5 Construction sur la base des aspects de fabrication : III.5.1 Exigence du maximum et minimum de matière :

La norme ISO 2692 (E 04-555) définit les exigences qui sont des indications établissant une interrelation entre les tolérances dimensionnelles et géométriques.

L’assemblage des pièces dépend de la relation entre la dimension réelle et les écarts

géométriques réels des éléments à ajustés. Exemple, pour un même diamètre réel de l’arbre (

Fig III.5).

Fig III.5 Exigence de maximum et minimum de matière.

Exemple : Pour garantir une épaisseur minimale entre l’alésage de diamètre 20 et le bossage de diamètre 30, on utilise l’exigence du minimum de matière

Interprétation

Chapitre IV Les assemblages en construction mécanique IV.1 Généralités :

Deux pièces rapportées l’une à l’autre constitue un assemblage. Reste à définir le degré de liberté de la première pièce par rapport à la deuxième. Il existe six degrés de libertés ; trois rotation et trois translation.

IV.1.1 Liaison mécanique

On dit que deux pièces sont en liaison si elles sont en contact par l’intermédiaire de surface(s) ou de point(s).

IV.1.2 Nature des contacts :

 Contact ponctuel : La zone de contact est réduite à un point.

 Contact linéique : La zone de contact est réduite à une ligne (pas forcément droite).



Contact surfacique : La zone de contact est une surface (plan, cylindre, sphère…).

IV.1.3 Mobilités d’un solide

Une translation peut être définie à l’aide de trois translations élémentaires.

Une rotation peut être définie à l’aide de trois rotations élémentaires.

Il existe donc 6 mouvements élémentaires permettant de définir n’importe quelle combinaison de translation et de rotation.

Le nombre de mouvements autorisés par une liaison est appelée degré de liberté et dépend de la nature et du nombre de surfaces en contact.

IV.2 Liaisons élémentaires

A partir des trois volumes élémentaires (plan, cylindre, sphère) nous pouvons définir toutes les combinaisons de contact possibles (Fig IV.1).

Fig IV.1Combonaison de contact.

2. Représentation normalisée des liaisons

Les normes prévoient 11 liaisons mécaniques, à partir desquelles il est théoriquement possible de décrire tous les mouvements possibles (degrés de liberté) d’un système mécanique.

Voir Guide S.T.I. section « Symboles normalisés pour schémas », tableau « Symboles des liaisons mécaniques ».

3. Graphe de liaison ou graphe de structure

Une classe d’équivalence cinématique (C.E.C.) est un regroupement de pièces n’ayant aucun mouvement les unes par rapport aux autres.

Le graphe des liaisons (ou graphe de structure) permet de visualiser l’ensemble des contacts existants dans un mécanisme entre les différentes C.E.C (Fig IV.2).

Exemple :

Assemblage complet (liaison complète) ; permanent (indémontable) ou non permanent (démontable) .On les appelle les encastrements en langage technique. Ce sont les assemblages qui ne permettent aucun degré de liberté de la première pièce par rapport à l’autre (ni rotation ni translation).

Assemblage partiel : ce sont des assemblages qui permettent certain degré de liberté (rotation ou translation).On les nomme pivot ou glissière.

Assemblage élastique : ceux qui permettent plus de degrés de libertés à amplitude contrôlée comme les assemblages à rotule caoutchouc à ressort…etc.

La répartition des assemblages, d’après le type de liaison, est la suivante :

1. Liaison par élément d’assemblage : les pièces sont assemblées avec ou sans matériau d’apport, en une pièce non démontable (soudage, collage, rivetage).

2. Liaison par force : grâce à une déformation élastique (force normale) des surfaces de contact est crées une force d’adhérence (force tangentielle) nécessaire au maintien des deux éléments assemblés lors de la transmission de l’effort (ajustement avec serrage, emmanchement à force, forme conique…etc).

3. Liaison par obstacle (élément mécanique) : l’effort de transmission passe par cet élément d’assemblage qui doit être dimensionné rigoureusement (vis, clavette, goupille, circlips…etc.).

IV.3.1 Les assemblages complet permanent :

Ce sont des assemblages durable au cour du temps et lorsqu’on pense au démontage ; on déforme les pièces assemblées. On les trouve dans les procédés de collage, de soudage rivetage, frettage. Dans ces assemblages, on utilise souvent un élément d’apport qui lie les pièces à assemblées comme l’adhésif, cordon de soudure, rivet. Ces liaisons ne permettent aucun degré de liberté entre les pièces assembler.

IV.3.1.1 Collage :

C’est un assemblage complet permanent. Peut utilisé en mécanique, mais largement utilisé en papeterie cuir,et autres. Cependant il persiste en construction mécanique lorsqu’il s’agit de deux matériaux différents dans les autres procédés d’assemblages ne conviennent pas.

Tableau des différentes colles reconnues et leures caractéristiques

Tableau des compatibilités des colles avec les différents supports

IV.3 Assemblage par rivet (Liaison Rivetée) :

IV.3.1 Rivet

: en application du même procédé de formation d’obstacle, on utilise pour lier plusieurs pièces (généralement en tôle), des organes d’assemblages appelés rivet, tige d’acier, d’aluminium, de laiton, de cuivre…etc., dont l’une des extrémités à été préparé en forme de tête (tête normalisées, figure 7 à 12), la seconde extrémité dite rivure étant forgée après pose.

Bien que le rivetage reste un mode d’assemblage courant des tôles et profilés, cependant son application est développé dans tous les domaines de l’industrie telle que vêtements, cuire, papier, boiserie…etc; en prenant d’autres forme.

Lorsque les rivets sont posés à chaud, leur contraction serre énergétiquement les pièces à assemblées l’une contre l’autre et la liaison par obstacle se double par liaison par

adhérence.

En dehors des rivets classiques, il existe d’autres types de rivets dont les figure 13 à16, indiquent quelques séries normalisées par le B. N. A. (Bureau de Normalisation de l’Automobile). La stabilité de ces rivets est obtenue par déformation permanente de leur extrémité, qui est sertie ou pliée.

La figure 17 montre, avant et après pose, un type de rivet en aluminium employé (en construction aéronautique pour la réparation d’une aile par exemple) lorsque la deuxième face de l’assemblage est inaccessible.

Le rivet Gespa (duralumin, cuivre ou acier) (fig. 18) et le rivet LGC (acier) (fig.19 sont de types voisins.

IV.3.2 Calcul des rivets :

Par sécurité, dans la plus plupart des cas, ils sont calculés au cisaillement, même si, bien posés à chaud, ils sont réellement sollicités en extension. Prendre un fort coefficient de sécurité pour évaluer la résistance pratique du métal utilisé (risque d’écrouissage).

Calcul au cisaillement du rivet :

La figure 19 montre un assemblage par recouvrement par rivure sans bouterole (suite à l’inaccessibilité).

D’autres parts, les rivets normalisés présenté par la figure avec la désignation suivant la forme de la tête, on trouve :

Rivet Rond : R

Rivet Rond bombé : Rb

Rivet Fraisé à 90°: F/90° ;

Rivet Fraisé bombé à 90° : FB/90 ; Rivet Cylindrique : C ; …etc.

IV.4 Emmanchement à force:

IV.4.1 Généralités

C’est un assemblage complet qui peut être complet permanent dans des conditions de serrage très important pour transmettre des couples importants et non permanent

(démontable) dans le cas de serrage modéré pour interchangeabilité des bagues d’usure ou roulements.

Il existe en réalité deux modes d’emmanchement : emmanchement forcé où l’assemblage est permanent ; emmanchement à force où l’assemblage est non permanent (démontable).

L’assemblage est souvent entre un élément mâle (arbre) et élément femelle (alésage).

L’ajustement est souvent par serrage; dans des cas particuliers incertain. On joue souvent sur le module de Youg (module d’élasticité E) des matériaux constituant les éléments à assembler. Le tableau suivant, donne quatre possibilités de forme alésage-arbre. On peut calculer le serrage en fonction de la pression de contact, de la force de traction (Fig IV.3) .

Fig IV.3 Emmanchement de deux tubes sollicité en traction.

IV.4.2 Calcul de l’emmanchement :

Généralement, on parle de pression de contact entre l’arbre et l’alésage. L’arbre se contracte dans le domaine élastique par contre l’alésage se dilate toujours élastiquement ; ce qui donne naissance à l’assemblage.

On fonction du module d’élasticité et des rapports constructifs (Voir tableaux) ; on trouve des formule similaires pour calculer le serrage correspondant en fonction de cette

pression.

S = f (p) = P (Z /E

+Y/E

) ;

avec EA, EB: module d’élasticité de l’arbre

respectivement de alésage ; Z et Y des coefficients en relation avec les dimensions et rapports constructifs.

Tableau des cas type d’emmanchement

Tableau des valeurs de Y/E

x10

⁴

pièce male et Z/E

x10

⁴

femelle.

Tableau des valeurs X, Y, Z, U en fonction des rapports constructifs.

Tableau des valeurs de contraction des matériaux de l’arbre

Tableau des valeurs de dilatation des matériaux de l’alésage.

IV.5 Les assemblages complets non permanent:

IV.5.1 Assemblage avec élément non fileté : IV.5.1.1 assemblage par goupille:

Les goupilles sont utilisées pour assurer le positionnement relatif de 2 pièces. Elles réalisent l’immobilisation d’une pièce par rapport à l’autre. Les trous de passage dans le montage doivent être débouchant. Ces éléments mécaniques travaillent au cisaillement.

IV.5.1.2 Goupilles coniques NF E 27-490 : Conicité 1/50

Utilisées pour immobiliser des bagues, écrous. Les trous des pièces à assemblées sont usinés coniques (Fig IV.4). Elles sont fabriquées en acier non trempé; on rencontre deux types : NR : non rectifiée qualité 10 sur conicité ;

R : Rectifiée qualité 8 sur conicité.

Fig IV.4 assemblage par goupille cylindrique Désignation normalisée : Goupille NR 5x40, acier NF E 27-490

IV.5.1.3 Goupille Cylindrique

Goupille cylindrique normalisée NF E 27-484

Utilisé pour l’arrêt en position. Dans la mesure du possible, éviter les trous borgnes (difficulté d’obtention, évacuation d’air emprisonné). Il existe trois types en précision décroissante :

• Type A : tolérance sur d est m6 ;

• Type B : tolérance sur d est h8 ;

• Type C : tolérance sur d est h11.

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